(57)【要約】      （修正有）【課題】放熱効果が高く、かつ、組立・作製も簡便で、さらに設置される状況に応じて最適の放熱効果を得ることができる放熱組立構造を提供する。【解決手段】平板状の放熱部材(２)を略水平に発熱源(３)の上に重ねて成る層構造(４)であって、当該放熱部材(２)の少なくとも一部の縁部(Ｒ)においては、下に発熱源が配置・担持されることがないようにしたものから成る放熱機構において、当該放熱部材(２)の、下に発熱源を担持しない当該縁部(Ｒ)における少なくとも一部の縁(Ｅ')に、熱誘導部材(５)を密着状態で取り付けたことを特徴とする放熱組立構造(１)。【選択図】図１
0003118059.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
平板状の放熱部材を略水平に発熱源の上に重ねて成る層構造であって、当該放熱部材の少なくとも一部の縁部においては、下に前記発熱源が配置・担持されることがないようにしたものから成る放熱機構において、
当該放熱部材の、下に発熱源を担持しない当該縁部における少なくとも一部の縁に、熱誘導部材を密着状態で取り付けたことを特徴とする、放熱組立構造。
【請求項２】
前記熱誘導部材を前記放熱部材の前記縁に、前記熱誘導部材と前記縁との当接部分において、当該熱誘導部材を当該放熱部材へと貫通するネジの締付により、取り付けたことをさらに特徴とする、請求項１に記載の放熱組立構造。
【請求項３】
前記発熱源の底部を固定基材の上に固定し、かつ前記放熱部材と前記発熱源とを接着固定して、前記固定基材、前記発熱源、前記放熱部材および前記熱誘導部材を一体化したことをさらに特徴とする、請求項１または２に記載の放熱組立構造。
【請求項４】
前記固定基材が板状のものであり；
前記放熱機構における前記層構造が、
前記放熱部材が略長方形の平板であり、前記発熱源が略六面体であり、当該放熱部材を当該発熱源の上面全体の上に、当該放熱部材の辺と当該発熱源の辺が平行するように、かつ、当該発熱源が当該放熱部材の一端側へ偏って配置・担持されるように重ね、かつその当接部分を接着結合して成るものであり；
前記熱誘導部材が棒状ないし板状のものであって、当該放熱部材の他端における少なくとも一部の縁に取り付けられたものであること、を特徴とする請求項３に記載の放熱組立構造。
【請求項５】
前記放熱部材が、少なくとも95重量%のAl2O3から成る陶磁器熱放射性固体物から成るものである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の放熱組立構造。
【請求項６】
前記熱誘導部材が、銅またはアルミニウムから成るものであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の放熱組立構造。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、電子・電気機器類の製品等に内蔵される発熱源の発熱の、製品および発熱源自体への影響を軽減・緩和して、当該製品や発熱源の機能劣化・故障を防止して、その安定な稼働を維持し得る放熱組立構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
発熱源を内蔵する製品、例えばパソコンや携帯電話に代表される電子・電気機器類製品等においては、発熱源の発熱は、当該製品や発熱源そのものの機能劣化や故障を招く、重大な障害である。そのため、かかる製品において、その製品組立工程および組み立てられた製品の使用中に、いかにその発熱源の発熱の、他の構成部品等や発熱源への影響を抑えるかが、非常に重要な課題となっている。この課題に対し従来は、例えば、半導体素子を含む製品においては、製品に空冷・水冷ファンや放熱器(ヒートシンク)を内蔵させる等して、発熱源付近を冷却することにより、対処がされている。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の空冷・水冷ファンは概して、製品内で嵩張る；ファンを作動させるための別異の機構が必要である、等の煩雑さを伴うものである。また、発熱源の放熱効果を高めたヒートシンクが多く提案されているが、熱伝導と熱放射の両方に優れたものであって、かつ、組立・作製も簡便なものは得難く、今なお、新たな放熱機構が要請されている。ところで考案者等は既に、発熱源の上に適宜配置可能な、非常に優れた放熱効果を提供する放熱機構を提案している(特願2005-123442号)。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
考案者等はこの度、発熱源の上に重ねて使用される放熱部材の所定の縁に、片体(以下、「熱誘導部材」と呼ぶもの)を取り付けることにより、放熱部材の放熱効果が有意に高まることを見出し、本考案を完成した。
即ち本考案は、放熱部材を発熱源の上に重ねて成る層構造であって、当該放熱部材の少なくとも一部の縁部においては、下に発熱源が配置・担持されることがないようにしたものから成る放熱機構において、当該放熱部材の、下に発熱源を担持しない当該縁部における少なくとも一部の縁に、熱誘導部材を密着状態で取り付けたことを特徴とする、放熱組立構造に関するものである。
【０００５】
前記放熱部材は好ましくは、平板状のものであり、発熱源の上に略水平に、直接に、ないし接着層等を挟んで、重ねられる。より高い放熱効率の観点からは、両者を当接させて重ねることが好ましく、場合により、導電性ある接着剤(例えば銀を主成分とする導電性ペースト)で両者の接合面の隙間を埋め合わせて、両者間のいっそう高い熱伝導を得ることができる。また両者の当接部分の面積は出来るだけ大きくすることが好ましい。
即ち、本考案の放熱組立構造の第一の特徴として、放熱部材の少なくとも一部の縁部においては、下に発熱源が配置・担持されることがないようにした(以下、放熱部材において、当該縁部に発熱源非担持領域を設けた、と表現する)ことにより、発熱源との当接部分を通じて放熱部材へと伝導された発熱源由来の熱の一部が、放熱部材の当該発熱源非担持領域へと逃れ、ここから放熱機構の外部へと放射され、かかる領域を設けない場合と比較して、高い放熱効果が得られる。
【０００６】
また、本考案の放熱組立構造の第二の特徴として、本考案の放熱部材の、当該発熱源非担持領域の少なくとも一部の縁に、熱誘導部材を密着状態で取り付けたことにより、熱誘導部材を取り付けない場合と比較して、一層高い放熱効果が得られる。これは、本考案の放熱部材の発熱源非担持領域へと伝導されてきた熱の一部が、当該熱誘導部材へと逃れるために、放熱部材における熱伝導が全体として促進されることによることが一つの理由と考えられる。本考案の熱誘導部材は、本考案の放熱部材の、当該発熱源非担持領域における、当該発熱源から最も遠位ないし遠位近傍の縁に取り付けられることが好ましい。なお、本考案の熱誘導部材の、放熱部材の当該縁への密着状態は、緊密であるほど高い放熱効果が得られることが、考案者等により確認されている。
【０００７】
本考案はまた第三の特徴として、前記発熱源の底部を固定基材に固定し、かつ前記放熱部材と前記発熱源を接着固定して、固定基材−発熱源−放熱部材−熱誘導部材を一体化したことを特徴とする前記放熱組立構造に関するものである。
本考案の放熱組立構造の第三の特徴としてのかかる一体化構造により、当該放熱組立構造は、これを重力方向に対していかなる方向に向けても、固定基材−発熱源−放熱部材−熱誘導部材の配置構成が崩れることがない。この特徴を利用して、放熱機構が設置される製品内等での状況や、所望される放熱効果に応じて、当該放熱組立構造の向きを適宜調節して、放熱組立構造の最適の放熱効果を得ることができる。
【０００８】
前記本考案の第一の特徴に関し、本考案の放熱部材の発熱源非担持領域は、例えば、放熱部材の縁部を、当該放熱部材の下に配置される当該発熱源の上面部の縁よりも外側へずらせて当該発熱源の上面部に重ねることにより確保できるが、放熱効果の観点からは、発熱源より大きく成形した放熱部材を、発熱源の上面部全面の上に重ねて確保することが好ましい。かかる発熱源非担持領域は広いほど、高い放熱効果が得られる。例えば、幅20〜40mm×長さ40〜60mm×厚さ6〜10mmの板状体の放熱部材を、幅10〜20mm×長さ30〜40mm×厚さ2〜8mmの略六面体の発熱体の上面全体の上に重ねて成る層構造から成る本考案の放熱機構の場合、本考案の放熱部材の、当該発熱源非担持領域における縁と当該発熱源とが、少なくとも10〜30mm離れて、当該縁に取り付けられる熱誘導部材と発熱源の絶縁性を担保していることが好ましい。発熱源非担持領域の形状、放熱機構における位置は、放熱機構が設置される製品内等での状況や、所望される放熱効果に応じて、適宜変更できる。
【０００９】
本考案の放熱部材は、発熱源からの熱を十分に吸収する高い熱伝導率と、伝導された熱を効果的に放射する高い熱放射率を併せ持つ材から成ることが好ましい。また、本考案の放熱部材は、電気絶縁性にも優れたものであることが好ましい。さらに本考案の放熱部材は、軽量で加工性に優れたものであることが好ましい。かかる材としては、例えば、電気絶縁性の面で若干の問題はあるが、金属アルミニウムや金属銅のような熱伝導率の高い金属等が挙げられ、特にAl2O3の含有量が95重量%以上のもの、例えば、30〜60w/m・Kの熱伝導率および0.93〜0.99の熱放射率を有する陶磁器熱放射性固体物(特願2005-123442号に記載のもの等)が好ましく、かかるものを用いた場合に、本考案の放熱組立構造の放熱効果が一段と高まる。
【００１０】
前記本考案の第二の特徴に関し、本考案の熱誘導部材の、放熱部材の発熱源非担持領域における縁への密着状態での取り付けは、例えば、当該熱誘導部材と当該縁との当接部分において、当該熱誘導部材を当該放熱部材へと貫通するネジ；当該当接部分に付着される接着剤(例えば銀を主成分とする導電性ペースト)等を用いて、可能である。上記のごとく、当該取り付けは緊密であるほど放熱機構の放熱効果が高まる。例えば、放熱部材が幅20〜40mm×長さ40〜60mm×厚さ6〜10mmの平板状のAl2O3製の材から成り、発熱源が幅10〜20mm×長さ30〜40mm×厚さ2〜8mmの略六面体形状のヒーターから成る本考案の放熱機構において、幅30〜50mm×長さ60〜80mm×厚さ1〜5mmの銅板から成る熱誘導部材を、熱誘導部材と放熱部材の前記縁との当接部分において、熱誘導部材を放熱部材へと貫通する直径3〜5mmの金属ネジの締め付けにより、放熱部材の当該縁に結合させる場合、金属ネジを0.8〜1.0Nトルクの力で締め付けた場合に、特に優れた放熱効果が得られることが、考案者等により確認されている。
【００１１】
本考案の熱誘導部材は好ましくは、高い熱伝導率と高い熱放射率とを併せ持つ材から成る。かかる材としては、銅、アルミニウム等が挙げられる。本考案の熱誘導部材は、放熱機構が設置される装置内での状況や、所望される放熱効果に応じて、最適の形状に成形されるが、例えば、棒状、板状とするのが望ましい。
【００１２】
前記本考案の第三の特徴に関し、発熱源の底部の固定基材への固定は、例えば、発熱源の底部と、固定基材における、当該発熱源底部が位置づけられる箇所とを、相補完する嵌合形状に成形して嵌め合わせる；発熱源の底部を固定基材の上に半田付けする等により、可能である。また、放熱部材と発熱源との接着固定は、両者間の高い熱伝導性を確保しつつ両者の接合面を堅固に接着する態様であればいかなる方法によってもよいが、例えば銀を主成分とする導電性ペーストで両者の接合面の隙間を埋め合わせる等により可能である。
【００１３】
ここで、前記放熱部材の当該縁に取り付けられた前記熱誘導部材の下方末端は、前記固定基材に接触していてもよいし、前記固定基材から離れていてもよい。しかし、本考案の放熱組立構造の放熱効率の観点から、前記熱誘導部材の下方末端と固定基材の絶縁性を担保するべく、前記熱誘導部材の下方末端は固定基材に接触しないことが好ましく、例えば、幅20〜40mm×長さ40〜60mm×厚さ6〜10mmの板状体の放熱部材を、幅10〜20mm×長さ30〜40mm×厚さ2〜8mmの略六面体の発熱体の上面全体の上に重ねて成る層構造から成る本考案の放熱機構の場合、前記熱誘導部材は発熱体から10〜30mm離れるように、かつその下方末端を固定基材から1〜3mm離して取り付けられるのが望ましい。
本考案の固定基材は好ましくは、本考案の発熱源の底部を安定に固定し得、かつ、発熱源からの発熱に耐える耐熱性を有するものであれば、いかなるものであってもよい。例えば、電解銅箔を接着剤でフェノール樹脂製の積層板上に貼り付けたものが適している。
【考案の効果】
【００１４】
本考案の放熱組立構造は、作製簡便にして、有意に優れた放熱効果を達成できるものである。また、発熱源の配置される状況に応じて、その形状や配置方向を調節して、最適の放熱効果を得ることも可能である。電子・電気機器の分野にのみならず、発熱源の放熱を要するあらゆる分野で効果的に用いることができる。
【００１５】
以下に示す実施例により、本考案の放熱組立構造を説明するが、以下はあくまで例としての態様であって、本考案を限定するものではない。
[実施例１]  本考案の放熱組立部材の具体的態様
図１および図２は各々、本考案の放熱組立部材の一具体例である。図１は、本考案の放熱組立構造(１)を、放熱部材(２)を上にして上向きに置いた状態を示す。図２は、本考案の放熱組立構造(１')を、熱誘導部材(５')を下にして横向きに置いた状態を示す。
【００１６】
図１に示す放熱組立構造(１)は、幅20mm×長さ40mm×厚さ6mmの長方形の平板状のアルミナ製放熱部材(その上面を、複数の四角錐が突出した形状としたもの；熱伝導率30〜60w/m・K)(２)を略水平にして、幅10mm×長さ30mm×厚さ2mmの六面体であるヒーター(定格100V-40W；マイカ製)(３)の上面全体の上に、放熱部材(２)の辺とヒーター(３)の辺とが平行するように、かつヒーター(３)が放熱部材(２)の一端(Ｅ)側へ偏って配置・担持されるように、重ねて成る層構造(４)から成る放熱機構において、放熱部材(２)の他端における縁(Ｅ')に、縁(Ｅ')から垂下するように、幅50mm×長さ80mm×厚さ5mmの銅板(熱伝導率386w/m・K)である熱誘導部材(５)を取り付けたものである。放熱部材(２)の、当該他端の縁(Ｅ')と発熱源(３)とは、10mm離してある(D)。
【００１７】
放熱部材(２)と発熱源(３)は、互いの接合面に接着剤としての導電性ペースト[ドータイト，タイプD550(主成分は銀；熱伝導率418w/m・K)；藤倉化成(株)](Ａ)を塗布して接着後、常温乾燥して強固に結合固定してある。熱誘導部材(５)は、放熱部材(２)の当該他端の縁(Ｅ')との当接部分にて、直径3mmの金属ネジ(６)を熱誘導部材(５)から放熱部材(２)へ貫通させ、0.8Nのトルクで締め付けて、密着固定してある。発熱源(３)の底部(７)は、幅50mm×長さ80mm×厚さ5mmの耐熱性樹脂板(８)上に形成された回路の端子部の電解銅箔上に半田付けして固定してある。なお、熱誘導部材(５)の下方末端(９)は耐熱性樹脂板(８)に接している。このように組み立てられた固定基材(８)、発熱源(３)、放熱部材(２)および熱誘導部材(５)は一体化して、互いの安定な配置構成を維持している。即ち、図１に示す放熱組立構造(１)は、重力に対していずれの方向を向けても、固定基材(８)、発熱源(３)、放熱部材(２)および熱誘導部材(５)の互いの位置関係が崩れることがない。
【００１８】
図２に示す放熱組立構造(１')は、放熱部材として、その上面を波状の曲面形状としたもの(２')を用いた以外は、図１に示す放熱組立構造(１)と同じ構成のものである。図２に示す放熱組立構造(１')も、重力に対していずれの方向を向けても、固定基材(８')、発熱源(３')、放熱部材(２')および熱誘導部材(５')の互いの位置関係が崩れることなく、安定した一体構造を保つ。
【００１９】
[実施例２]  本考案の放熱組立構造の放熱効果
本考案の放熱組立構造の放熱効果を、図１および図２に示す本考案の放熱組立構造を用いて評価した。
なお、用いた各放熱組立構造の放熱部材は、以下の全物性を満たす陶磁器放射性固体物から成るものである。
−Al2O3の含有量が95重量%以上；
−レーザーフラッシュ法(JIS R 1611)により、熱拡散率を測定機＜TS-7000-アルバック理工(株)＞を用いて測定した熱伝導率が30〜60w/m・K；
−加熱板法により、発熱源表面の温度上昇を測定機＜温度計HFT-40-安立計器(株)＞を用いて測定した熱放射率が0.93〜0.99。
【００２０】
各々の放熱組立構造において、熱誘導部材を取り付けた場合と取り付けない場合とで、定格38V;0.16Aの電流を流し続けたヒーターの表面温度がどのように変化するかを、時間経過ごとに評価した(表面温度計HFT-40-安立計器(株)で測定)。結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】
0003118059.tif 000003
【００２２】
表１から、本考案の放熱組立構造を、上向きに置いた場合でも、熱誘導部材を下にして横向きに置いた場合でも、熱誘導部材を取り付けた場合に、同程度に優れたヒーター表面冷却効果が得られることが明らかである。
【００２３】
なお、かかる優れた冷却効果の仕組みは、以下のように説明できる。
本考案の放熱組立構造を上向きに置いた場合(図１)、放熱部材(２)に発熱源(３)から伝導・吸収された熱の一部は、放熱部材の上方へと放射され(図１の太い矢印；Ｕ１)、また一部は、放熱部材(２)の発熱源非担持領域 (Ｒ)へと伝導されてそこから放熱部材上方へと放射され(図１の太い矢印；Ｕ２)、また一部は熱誘導部材(５)へと伝導されて、熱誘導部材の側面から放射される(図１の太い矢印；Ｓ)。熱誘導部材(２)と放熱部材(５)の縁(Ｅ')との結合が緊密であるほど、放熱部材(２)から熱誘導部材(５)へとスムーズに熱が伝導し、放熱部材(２)における熱伝導効果が促進されて、全体として優れた放熱効果が得られるものと考えられる。
【００２４】
本考案の放熱組立構造を、熱誘導部材を下にして横向きに置いた場合(図２)、放熱部材(２')に伝導・吸収された熱の一部は上方へと放射され(図２の太い矢印；Ｕ')、一部は放熱部材(２')から水平方向に放射され(図２の太い矢印；Ｓ'１)、また一部は、放熱部材(２')の発熱源非担持領域(Ｒ')へと伝導されてそこから水平方向(図２の太い矢印；Ｓ'２)および熱誘導部材(５')を経て水平方向(図２の太い矢印；Ｓ'３)へと放射された後、上昇気流により上方へ逃されて(図２の太い矢印；Ｕ'')、放熱部材(２')における熱伝導効果が促進されて、全体として優れた放熱効果が得られるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本考案の放熱組立構造の一具体例(上向きに置いた状態)を示す図である。
【図２】本考案の放熱組立構造の他の具体例(横向きに置いた状態)を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１、１'  本考案の放熱組立構造
２、２'  放熱部材
３、３'  発熱源
４      層構造
５、５'  熱誘導部材
６、６'  金属ネジ
７      放熱源の底部
８、８'  固定基材
９      熱誘導部材の下方末端
Ａ      導電性接着剤
Ｄ      放熱部材の他端の縁〜発熱源間の距離
Ｒ、Ｒ'  発熱源非担持領域
Ｓ、Ｓ'１、Ｓ'２、Ｓ'３、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ'、Ｕ''    放熱の方向
【図１】
0003118059.tif 000004
【図２】
0003118059.tif 000005